D’un gaz incandescent se forment des planètes : comment est-ce possible ?
Comment, à partir du gaz incandescent qui entoure une jeune étoile, émergent les premiers matériaux solides à l’origine des planètes ? Cette transition, du gaz au solide, appelée « condensation », constitue une des grandes questions encore ouvertes de la formation du Système solaire, survenue il y a 4,5 milliards d’années.
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Une étude publiée dans la revue Nature par une équipe internationale dirigée par l’Institut de physique du globe de Paris, en collaboration avec plusieurs institutions, propose un éclairage nouveau sur cette phase cruciale.
Un refroidissement soudain et extrême, moteur de la diversité des matériaux
Traditionnellement, la formation des premiers minéraux était décrite comme un processus de condensation lent, régi par l’équilibre chimique. Cependant, cette approche ne parvient pas à expliquer la diversité observée dans les météorites, vestiges des premières étapes de la formation planétaire.
Les chercheurs ont introduit un nouveau modèle qui décrit la condensation du gaz solaire hors équilibre. Ils démontrent que dans un environnement où le chauffage est intense et le refroidissement rapide, la matière n’a pas le temps de se conformer aux lois de l’équilibre thermodynamique, se figeant dans des états transitoires. Des minéraux qui ne devraient pas exister à l’équilibre peuvent donc émerger.
Ce modèle permet d’identifier trois grands types d’assemblages minéralogiques, en accord avec les trois principales familles de météorites connues dans le Système solaire. Ainsi, la diversité des matériaux planétaires pourrait être davantage liée à des conditions locales de formation, notamment à la rapidité des refroidissements, plutôt qu’à des variations de composition à grande échelle dans la nébuleuse solaire.
Incorporation précoce de l’oxygène dans les premiers solides
Cette recherche apporte également un nouvel éclairage sur l’origine de l’oxygène et de l’eau dans les planètes terrestres. Les modèles classiques peinent à expliquer la formation de minéraux oxydés ou hydratés à partir d’un gaz de composition solaire sans recourir à des apports externes.
Les chercheurs montrent que lors d’un refroidissement rapide, certains éléments restent disponibles à basse température et peuvent être intégrés dans les solides en formation. Ce mécanisme permettrait ainsi d’incorporer de l’oxygène, et potentiellement de l’eau, dès les premières étapes de la formation des matériaux planétaires.
L’étude met en lumière une nébuleuse solaire dynamique, loin d’être homogène, ponctuée d’épisodes de chauffage intense et de refroidissements rapides. Les observations récentes de disques protoplanétaires, notamment grâce au James Webb Space Telescope, confirment que ces phénomènes sont fréquents dans les systèmes stellaires en formation.
En reproduisant la diversité minéralogique et les états d’oxydation des météorites à partir d’un gaz initial unique, cette recherche propose un changement de perspective. Elle suggère que la composition des planètes dépend non seulement de leur position dans le disque protoplanétaire, mais aussi des conditions physiques et dynamiques ayant présidé à la formation de leurs premiers constituants.
Cette étude ouvre ainsi de nouvelles voies pour comprendre les premières étapes de l’histoire du Système solaire et la formation des systèmes planétaires.
Source : Institut de physique du globe de Paris, Nature
